JP2013021201A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】ハンプのない半導体装置の製造方法と半導体装置とを提供する。
【解決手段】被加工膜2の上に下層レジスト膜となる感光性のポジ型のレジスト材料が塗布される。下層レジスト材料膜に周辺露光処理と現像処理とを施すことにより、外周領域に位置する下層レジスト材料膜の部分が除去される。中間層レジスト膜となる感光性のポジ型のレジスト材料を塗布し、周辺露光処理と現像処理とを施すことにより、外周領域に位置する中間層レジスト材料膜の部分が除去される。
【選択図】図21A method of manufacturing a semiconductor device without a hump and a semiconductor device are provided.
A photosensitive positive resist material to be a lower resist film is applied on a film to be processed. By performing peripheral exposure processing and development processing on the lower resist material film, the portion of the lower resist material film located in the outer peripheral region is removed. By applying a photosensitive positive resist material to be the intermediate layer resist film and performing peripheral exposure processing and development processing, the portion of the intermediate layer resist material film located in the outer peripheral region is removed.
[Selection] Figure 21
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に、多層レジストプロセスを適用した半導体装置の製造方法と、その製造方法によって製造される半導体装置とに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device manufacturing method to which a multilayer resist process is applied, and a semiconductor device manufactured by the manufacturing method.
半導体集積回路を備えた半導体装置の製造を行う場合には、半導体基板等における所定の領域へのイオン注入処理や、半導体基板の表面に形成された被加工膜へのエッチング処理等のように、選択的な処理(加工)が施される。このような処理では、被加工膜等を選択的に保護する目的で、紫外線、X線、電子線等の活性光線に感光する組成物、いわゆる感光性フォトレジスト被膜(フォトレジスト膜)のパターンを被加工膜上に形成するリソグラフィが行われる。このリソグラフィでは、とりわけ、紫外線を利用したフォトレジスト膜によるパターン形成が最も広く用いられている。 When manufacturing a semiconductor device including a semiconductor integrated circuit, as in an ion implantation process to a predetermined region in a semiconductor substrate or the like, an etching process to a film to be processed formed on the surface of the semiconductor substrate, etc. Selective processing (processing) is performed. In such a process, for the purpose of selectively protecting a film to be processed, a pattern of a composition sensitive to actinic rays such as ultraviolet rays, X-rays and electron beams, a so-called photosensitive photoresist film (photoresist film) is formed. Lithography is performed on the film to be processed. In this lithography, in particular, pattern formation by a photoresist film using ultraviolet rays is most widely used.
半導体集積回路の高集積化および高性能化が進むにしたがい、回路パターンの微細化と高度な寸法制御が求められるようになっている。露光装置では、水銀ランプのg線(波長=436nm)から、i線(波長=365nm)、KrFエキシマレーザー(波長=248nm)、ArFエキシマレーザー(波長=193nm)へと、露光光源の短波長化が進められてきている。また、最近では、露光装置の縮小投影レンズと半導体基板上に塗布されたフォトレジスト膜との間に水(純水)を満たすことにより、解像力を向上させることができる液浸露光技術も登場し、光リソグラフィの延命化が図られている。 As the integration and performance of semiconductor integrated circuits progress, miniaturization of circuit patterns and advanced dimensional control are required. In the exposure apparatus, the wavelength of the exposure light source is shortened from g-line (wavelength = 436 nm) of mercury lamp to i-line (wavelength = 365 nm), KrF excimer laser (wavelength = 248 nm), and ArF excimer laser (wavelength = 193 nm). Has been promoted. Recently, an immersion exposure technique has also appeared that can improve the resolution by filling water (pure water) between the reduction projection lens of the exposure apparatus and the photoresist film applied on the semiconductor substrate. The life of optical lithography has been extended.
一方、フォトレジスト膜では、パターンの解像性を確保するために、フォトレジスト膜の膜厚の薄膜化が進み、最近では100nm前後の膜厚のフォトレジスト膜が適用されるようになっている。しかしながら、パターンの微細化とフォトレジスト膜の薄膜化とにより、有機BARC(Bottom Anti Reflection Coating)膜のような反射防止膜とフォトレジスト膜を適用したリソグラフィでは、被加工膜に対するエッチング耐性を確保することが難しくなってきている。なお、被加工膜には、たとえば、シリコン酸化膜あるいはポリシリコン膜等の様々な膜種がある。 On the other hand, in the photoresist film, in order to ensure the resolution of the pattern, the film thickness of the photoresist film has been reduced, and recently, a photoresist film having a thickness of about 100 nm has been applied. . However, in lithography using an antireflection film such as an organic BARC (Bottom Anti Reflection Coating) film and a photoresist film by miniaturizing the pattern and reducing the thickness of the photoresist film, etching resistance to the film to be processed is ensured. Things are getting harder. Examples of the film to be processed include various film types such as a silicon oxide film or a polysilicon film.
このようなエッチング耐性を確保するために、最近では多層レジストプロセスの導入が進められている。多層レジストプロセスの代表的なものとしては、三層レジストプロセスがある。三層レジストプロセスでは、上層レジスト膜、中間層レジスト膜および下層レジスト膜が形成される。上層レジスト膜は、露光と現像によってパターンが形成されるレジスト膜であり、感光性のレジスト膜である。下層レジスト膜は、被加工膜に対してドライエッチングのマスクとなるレジスト膜である。中間層レジスト膜は、上層レジスト膜のパターンを下層レジスト膜に転写する役割をもつレジスト膜である。 In order to ensure such etching resistance, a multilayer resist process has recently been introduced. A typical multi-layer resist process is a three-layer resist process. In the three-layer resist process, an upper layer resist film, an intermediate layer resist film, and a lower layer resist film are formed. The upper resist film is a resist film in which a pattern is formed by exposure and development, and is a photosensitive resist film. The lower resist film is a resist film that serves as a dry etching mask for the film to be processed. The intermediate layer resist film is a resist film having a role of transferring the pattern of the upper layer resist film to the lower layer resist film.
下層レジスト膜をドライエッチングのマスクとするため、下層レジスト膜の材料として、高いエッチング耐性を有するとともに、下地の段差を平坦化させたり反射防止の機能を有する材料が用いられる。また、中間層レジスト膜を、上層レジストおよび下層レジストに対してエッチング選択性をもたせるために、中間層レジスト膜の材料として、高濃度のシリコン(Si)原子を含有する材料が用いられる。このような多層レジストプロセスを採用することによって、高いエッチング耐性(エッチング選択比)が確保されて、微細なパターンを精度よく形成することが可能になる。なお、多層レジストプロセスを開示した文献の一例として、特許文献1がある。
In order to use the lower resist film as a mask for dry etching, a material having a high etching resistance and a function of flattening the step of the base or preventing reflection is used as the material of the lower resist film. In addition, in order to give the intermediate layer resist film etching selectivity with respect to the upper layer resist and the lower layer resist, a material containing high-concentration silicon (Si) atoms is used as the material of the intermediate layer resist film. By adopting such a multilayer resist process, high etching resistance (etching selection ratio) is ensured, and a fine pattern can be formed with high accuracy.
しかしながら、多層レジストプロセスでは、下層レジスト膜あるいは中間層レジスト膜に、次のような問題点があった。下層レジスト膜あるいは中間層レジスト膜を形成する工程では、まず、それぞれ所定の下層(中間層)レジスト材料がウェハ(半導体基板)の表面上に塗布される。次に、ウェハを所定の回転数をもって回転させることにより、ウェハ上に均一な膜厚の下層(中間層)レジスト材料膜が形成される。次に、ウェハを回転させながら、ウェハのエッジに位置する下層(中間層)レジスト材料膜の部分に、下層(中間層)レジスト材料を溶解する所定の有機溶剤を噴きつけることによって、エッジリンスが行われる。その後、所定の温度をもってベーク処理を行ない下層(中間層)レジスト材料を架橋させることによって、下層(中間層)レジスト膜が形成される。 However, the multilayer resist process has the following problems in the lower layer resist film or the intermediate layer resist film. In the step of forming the lower layer resist film or the intermediate layer resist film, first, a predetermined lower layer (intermediate layer) resist material is first applied on the surface of the wafer (semiconductor substrate). Next, a lower layer (intermediate layer) resist material film having a uniform thickness is formed on the wafer by rotating the wafer at a predetermined number of rotations. Next, while rotating the wafer, by spraying a predetermined organic solvent that dissolves the lower layer (intermediate layer) resist material onto the portion of the lower layer (intermediate layer) resist material film located at the edge of the wafer, the edge rinse is performed. Done. Thereafter, baking is performed at a predetermined temperature to crosslink the lower layer (intermediate layer) resist material, thereby forming a lower layer (intermediate layer) resist film.
この一連の下層(中間層)レジスト膜を形成する工程のうち、エッジリンスを行う工程では、ウェハの外周部に位置する下層(中間層)レジスト材料が溶解する。溶解した下層(中間層)レジスト材料は、回転するウェハから外方へ飛ばされることになる。一方、飛ばされずにウェハに残る溶解した下層(中間層)レジスト材料の分は、下層(中間層)レジスト材料を乾燥させる際に膨れて盛り上がることがある。このため、最外周に位置する下層(中間層)レジスト材料膜の部分の膜厚が、その内側に位置する下層(中間層)レジスト材料膜の部分の膜厚よりも厚くなってしまう。この下層(中間層)レジスト材料膜が膨れて盛り上がった部分は、「ハンプ」と称されている。 Among the steps of forming the series of lower layer (intermediate layer) resist films, in the step of performing edge rinse, the lower layer (intermediate layer) resist material located on the outer peripheral portion of the wafer is dissolved. The dissolved lower layer (intermediate layer) resist material is blown outward from the rotating wafer. On the other hand, the dissolved lower layer (intermediate layer) resist material remaining on the wafer without being blown may swell and rise when the lower layer (intermediate layer) resist material is dried. For this reason, the film thickness of the lower layer (intermediate layer) resist material film located on the outermost periphery is thicker than the film thickness of the lower layer (intermediate layer) resist material film located on the inner side. The portion where the lower layer (intermediate layer) resist material film swells and rises is called “hump”.
下層(中間層)レジスト膜にハンプが生じた状態で、被加工膜にエッチング等の加工を施すと、下層レジスト膜あるいは中間層レジスト膜のレジスト残渣が発生することがある。また、被加工膜の残渣(被加工膜残渣)が発生することがある。これらの残渣は異物の発生の要因となる。なお、ハンプが発生する現象や、ハンプの発生に伴って生じる課題を開示した文献の一例として、特許文献2がある。
If processing such as etching is performed on the film to be processed in a state where humps are generated in the lower layer (intermediate layer) resist film, a resist residue of the lower layer resist film or the intermediate layer resist film may be generated. In addition, a residue of the processed film (processed film residue) may be generated. These residues cause generation of foreign matters. Note that
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、ハンプのない半導体装置の製造方法を提供することであり、他の目的は、そのような半導体装置の製造方法によって製造される、ハンプのない半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and one object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device without humps, and another object is a method for manufacturing such a semiconductor device. It is to provide a semiconductor device without humps manufactured by
本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板の主表面上に、被加工膜を形成する。被加工膜を覆うように、第1レジスト材料を塗布する。被加工膜上に塗布された第1レジスト材料によって第1の膜を形成する。被加工膜を覆う第1の膜のうち、半導体基板の外縁に沿って延在する第1外周領域に位置する第1の膜の部分に第1周辺露光処理を施す。所定の現像液によって現像処理を施すことにより、第1周辺露光処理が施されていない第1外周領域の内側に位置する第1の膜の部分を残して、第1周辺露光処理が施された第1外周領域に位置する第1の膜の部分を除去する。第1の膜を覆うように、少なくとも第2レジスト材料を塗布することにより、第1の膜上に、第2レジスト材料による第2の膜を形成する。第2の膜に、所定の写真製版処理を施すことにより、所定のパターンを形成する。第2の膜の所定のパターンによって覆われずに露出した第1の膜の部分を除去することにより、第1の膜に、所定のパターンに対応した第1の膜のパターンを形成する。第1の膜のパターンによって覆われずに露出した被加工膜の部分を除去する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes the following steps. A film to be processed is formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first resist material is applied so as to cover the film to be processed. A first film is formed by a first resist material applied on the film to be processed. Of the first film covering the film to be processed, a first peripheral exposure process is performed on a portion of the first film located in the first outer peripheral region extending along the outer edge of the semiconductor substrate. By performing the development process with a predetermined developer, the first peripheral exposure process was performed while leaving a portion of the first film located inside the first outer peripheral area where the first peripheral exposure process was not performed. A portion of the first film located in the first outer peripheral region is removed. By applying at least a second resist material so as to cover the first film, a second film made of the second resist material is formed on the first film. A predetermined pattern is formed by subjecting the second film to a predetermined photolithography process. By removing the portion of the first film that is exposed without being covered by the predetermined pattern of the second film, the pattern of the first film corresponding to the predetermined pattern is formed on the first film. The portion of the film to be processed that is exposed without being covered by the pattern of the first film is removed.
本発明の他の実施例に係る半導体装置は、上記半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置である。 A semiconductor device according to another embodiment of the present invention is a semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method.
本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の膜にハンプが生じることがなく、これにより、レジスト残渣あるいは被加工膜残渣が低減される。その結果、異物の発生による半導体装置の歩留まりの低下を抑制することができる。また、膜剥がれによる半導体装置の信頼性劣化も抑制することができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, no hump is generated in the first film, thereby reducing a resist residue or a processed film residue. As a result, it is possible to suppress a decrease in yield of the semiconductor device due to the generation of foreign matter. In addition, deterioration of the reliability of the semiconductor device due to film peeling can be suppressed.
本発明の他の実施例に係る半導体装置によれば、歩留まりの低下、あるいは、信頼性の劣化が抑制される。 According to the semiconductor device according to another embodiment of the present invention, a decrease in yield or a deterioration in reliability is suppressed.
実施の形態1
ここでは、多層レジストプロセスを適用した半導体装置の製造方法の主要部分について説明する。多層レジストプロセスとして、下層レジスト膜、中間層レジスト膜および上層レジスト膜の三層レジストプロセスを例に挙げる。まず、半導体基板の表面に、所定の加工が施される被加工膜が形成される。次に、被加工膜に接するように下層レジスト膜が形成される。
Here, the main part of the manufacturing method of the semiconductor device to which the multilayer resist process is applied will be described. As a multilayer resist process, a three-layer resist process of a lower layer resist film, an intermediate layer resist film, and an upper layer resist film is taken as an example. First, a film to be processed to be subjected to predetermined processing is formed on the surface of a semiconductor substrate. Next, a lower resist film is formed in contact with the film to be processed.
下層レジスト膜となるレジスト材料として、感光性のポジ型のレジスト材料を用いる。このレジスト材料では、g線による露光とアルカリ水溶液による現像によって所望のパターンが形成される。そのようなレジスト材料の一例として、ここでは、図1に示すように、ノボラック系のベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系感光剤を含有させたポジ型のレジスト材料を挙げる。 A photosensitive positive resist material is used as a resist material for the lower resist film. With this resist material, a desired pattern is formed by exposure with g-line and development with an aqueous alkaline solution. As an example of such a resist material, here, as shown in FIG. 1, a positive resist material in which a naphthoquinonediazide-based photosensitizer is contained in a novolak-based base polymer is exemplified.
ポジ型のレジスト材料は、レジスト塗布装置によって被加工膜の上に所定量滴下される。その後、所定の回転数をもって半導体基板を回転させて、所定の温度をもってプリベーク処理を施すことによって、図2に示すように、半導体基板1の表面(被加工膜2の表面)に均一な膜厚の下層レジスト材料膜3が形成される。次に、図3に示すように、半導体基板1における所定の外周領域に位置する下層レジスト材料膜3の部分に露光光54を照射することによって、周辺露光処理が施される。
A predetermined amount of a positive resist material is dropped onto a film to be processed by a resist coating apparatus. Thereafter, the semiconductor substrate is rotated at a predetermined number of revolutions and pre-baked at a predetermined temperature, whereby a uniform film thickness is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 (surface of the
このとき、図4に示すように、露光光が照射された下層レジスト材料膜3の部分(下層レジスト材料膜3a)では、感光剤であるナフトキノンジアジド基が光分解して、インデンカルボン酸になり、下層レジスト材料膜3aがアルカリ現像液に可溶な性質になる。なお、周辺露光処理では、通常、水銀ランプを用いて波長250〜600nmの光が照射されるが、波長選択フィルタを用いて、436nm(g線)、405nm(h線)あるいは365nm(i線)の波長の光を選択して照射してもよい。
At this time, as shown in FIG. 4, in the portion of the lower resist material film 3 irradiated with the exposure light (lower resist
次に、図5に示すように、所定の温度をもって露光後ベーク処理(PEB:Post Exposure Bake)を施すことによって、下層レジスト膜3bが形成される。次に、図6に示すように、アルカリ現像液(矢印62)によって現像処理が施される。現像処理を施すことによって、半導体基板の外周領域に位置する、アルカリ現像液に可溶な下層レジスト膜3aが除去されて、図7に示すように、外周端がカットされた態様の下層レジスト膜3bが形成される。
Next, as shown in FIG. 5, a post-exposure bake (PEB) process is performed at a predetermined temperature to form a lower resist
次に、図8に示すように、たとえば、約180℃以上の温度のもとで、下層レジスト膜3bに高温ベーク処理(熱61)が施される。高温ベーク処理を施すことにより、図9に示すように、ナフトキノンジアジド系感光剤を含有するレジスト(下層レジスト膜3b)には熱架橋反応が生じ、架橋ポリマーが生成されて、下層レジスト膜3bが硬化する。下層レジスト膜3bが硬化することによって、次の工程において、中間層レジスト膜となるレジスト材料の溶媒に不溶となって、中間層レジスト材料膜(中間層レジスト膜)とインターミキシングを起こさない下層レジスト膜にすることができる。
Next, as shown in FIG. 8, for example, high temperature baking (heat 61) is performed on the lower resist
次に、下層レジスト膜に接するように中間層レジスト膜が形成される。中間層レジスト膜となるレジスト材料として、下層レジスト膜となるレジスト材料と同様に、感光性のポジ型のレジスト材料を用いる。このレジスト材料は、シリコン(Si)原子を含有するポリマーと光酸発生剤から構成されている。 Next, an intermediate layer resist film is formed in contact with the lower layer resist film. As the resist material to be the intermediate layer resist film, a photosensitive positive resist material is used in the same manner as the resist material to be the lower layer resist film. This resist material is composed of a polymer containing silicon (Si) atoms and a photoacid generator.
シリコン(Si)原子を含有するポリマーとして、ここでは、たとえば、図10に示すように、側鎖に酸分解性あるいはアルカリ可溶性をもたせたり、光学特性、密着性、ガラス転位温度等を調整するための化学修飾を施したシリコン主鎖型のシロキサンポリマーがある。また、光酸発生剤としては、たとえば、スルホニウム塩あるいはヨードニウム塩がある。 As a polymer containing a silicon (Si) atom, here, for example, as shown in FIG. 10, the side chain has acid decomposability or alkali solubility, and optical properties, adhesion, glass transition temperature, etc. are adjusted. There is a silicon main chain type siloxane polymer which has been chemically modified. Examples of the photoacid generator include a sulfonium salt and an iodonium salt.
中間層レジスト膜となるレジスト材料は、レジスト塗布装置によって下層レジスト膜の上に所定量滴下される。その後、所定の回転数をもって半導体基板を回転させて、所定の温度をもってプリベーク処理を施すことによって、図11に示すように、下層レジスト膜3bを覆うように、中間層レジスト材料層4が形成される。
A predetermined amount of resist material to be the intermediate layer resist film is dropped onto the lower layer resist film by a resist coating apparatus. Thereafter, the semiconductor substrate is rotated at a predetermined number of revolutions, and a pre-baking process is performed at a predetermined temperature, thereby forming the intermediate layer resist material layer 4 so as to cover the lower layer resist
次に、図12に示すように、半導体基板1における所定の外周領域に位置する中間層レジスト材料膜4の部分に露光光54を照射することによって周辺露光処理が施される。露光光が照射された中間層レジスト膜4の部分(中間層レジスト材料膜4a)では、光酸発生剤が光分解して酸が発生する。
Next, as shown in FIG. 12, the peripheral exposure process is performed by irradiating the
次に、図13に示すように、所定の温度をもってPEB処理(熱61)を施すことによって、中間層レジスト膜4bが形成される。露光された部分では、酸が触媒となってベースポリマーの酸分解基を分解し、露光された部分は、アルカリ現像液に可溶な性質の中間層レジスト材料膜4aになる。
Next, as shown in FIG. 13, the intermediate layer resist
次に、図15に示すように、アルカリ現像液(矢印62)によって現像処理が施される。現像処理を施すことによって、半導体基板の外周領域に位置する、アルカリ現像液に可溶な中間層レジスト膜4aの部分が除去されて、図16に示すように、外周端がカットされた態様の中間層レジスト膜4bが形成される。
Next, as shown in FIG. 15, development processing is performed with an alkaline developer (arrow 62). By performing the development process, the portion of the intermediate layer resist
次に、図17に示すように、たとえば、約180℃以上の温度のもとで、中間層レジスト膜4bに高温ベーク処理(熱61)が施される。高温ベーク処理を施すことにより、図14に示すように、中間層レジスト材料膜4中に発生した酸による架橋反応が促進され、ベースポリマー41は架橋されて架橋ポリマー43が形成され、中間層レジスト膜が硬化する。中間層レジスト膜4bが硬化することによって、次の工程において、上層レジスト膜となるレジスト材料の溶媒に不溶となって、上層レジスト材料膜(上層レジスト膜)とインターミキシングを起こさない中間層レジスト膜にすることができる。
Next, as shown in FIG. 17, for example, high-temperature baking (heat 61) is performed on the intermediate layer resist
次に、中間層レジスト膜に接するように上層レジスト膜が形成される。上層レジスト膜となるレジスト材料として、ポジ型レジスト材料を例に挙げる。上層レジスト膜となるレジスト材料は、レジスト塗布装置によって中間層レジスト膜の上に所定量滴下される。その後、所定の回転数をもって半導体基板を回転させて、所定の温度をもってプリベーク処理を施すことによって、図18に示すように、中間層レジスト膜4bを覆うように、上層レジスト材料膜5が形成される。
Next, an upper resist film is formed in contact with the intermediate resist film. As a resist material to be an upper resist film, a positive resist material is taken as an example. A predetermined amount of the resist material to be the upper resist film is dropped onto the intermediate resist film by a resist coating apparatus. Thereafter, by rotating the semiconductor substrate at a predetermined number of revolutions and performing a pre-baking process at a predetermined temperature, as shown in FIG. 18, the upper layer resist
次に、上層レジスト材料膜5に所定の写真製版処理を施すことにより、チップが形成される領域に位置する上層レジスト材料膜の部分には、所定のパターン(図示せず)が露光される。次に、図19に示すように、半導体基板1における所定の外周領域に位置する上層レジスト材料膜5の部分に露光光54を照射することによって周辺露光処理が施される。次に、写真製版処理が施された上層レジスト材料膜5に、所定の温度のもとでPEB処理を施すことによって上層レジスト膜5b(図20参照)が形成される。
Next, a predetermined pattern (not shown) is exposed to a portion of the upper resist material film located in the region where the chip is formed by performing a predetermined photolithography process on the upper resist
次に、所定の現像液(矢印62)によって現像処理を施すことにより、図20に示すように、チップ形成領域CRでは、上層レジスト膜5bに所定のパターンが形成される。一方、半導体基板1の外周部PRでは、上層レジスト膜5bの部分が除去されて、それぞれハンプのない下層レジスト膜3bの表面と中間層レジスト膜4bの表面とが露出する。こうして、図21に示すように、被加工膜2をパターニングするための、下層レジスト膜3b、中間層レジスト膜4bおよび上層レジスト膜5bが形成される。
Next, by performing development processing with a predetermined developer (arrow 62), a predetermined pattern is formed on the upper resist
次に、下層レジスト膜3b、中間層レジスト膜4bおよび上層レジスト膜5bによって、被加工膜2がパターニングされる。まず、図22に示すように、上層レジスト膜5bをマスクとして中間層レジスト膜4bにエッチングを施すことにより、上層レジスト膜5bのパターンが中間層レジスト膜4bに転写される。この場合、中間層レジスト膜となるレジスト材料としてシリコン(Si)原子を含有するレジスト材料を適用し、たとえば、CF4のようなフッ素系ガスを用いてエッチングを施すことで、上層レジスト膜5bに対して高いエッチング選択比を得ることができる。
Next, the processed
次に、図23に示すように、中間層レジスト膜4bをマスクとして、下層レジスト膜3bにエッチングを施すことにより、中間層レジスト膜4bを介して上層レジスト膜5bのパターンが下層レジスト膜3bに転写される。この場合、たとえば、酸素(O2)あるいは窒素(N2)/水素(H2)のようなガスを用いてエッチングを施すことで、中間層レジスト膜4bに対して高いエッチング選択比を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 23, by etching the lower resist
次に、図24に示すように、下層レジスト膜3bをマスクとして、被加工膜2にエッチングを施すことにより、被加工膜2がパターニングされる。その後、図25に示すように、酸素プラズマアッシング処理を施すことにより、半導体基板1に残る下層レジスト膜3b等が除去されて、被加工膜2のパターニングが完了する。
Next, as shown in FIG. 24, the processed
上述した半導体装置の製造方法では、半導体基板におけるそれぞれ所定の外周領域に位置する下層レジスト材料膜3の部分と中間層レジスト材料膜4の部分とが除去されて、半導体基板1における外周部PRでは、下層レジスト材料膜3あるいは中間層レジスト材料膜4にハンプは形成されない。これにより、レジスト残渣あるいは被加工膜残渣を低減することができる。このことについて、比較例を交えて説明する。
In the semiconductor device manufacturing method described above, the portion of the lower resist material film 3 and the portion of the intermediate layer resist material film 4 that are respectively located in predetermined outer peripheral regions of the semiconductor substrate are removed, and the outer peripheral portion PR of the
比較例に係る半導体装置の製造方法では、まず、半導体基板の表面に形成された被加工膜の上に、レジスト塗布装置によって下層レジスト材料が塗布され、所定の回転数をもって半導体基板を回転させることにより、図26に示すように、半導体基板101の表面に均一な膜厚の下層レジスト材料膜103が形成される。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the comparative example, first, a lower layer resist material is applied onto a film to be processed formed on the surface of the semiconductor substrate by a resist coating apparatus, and the semiconductor substrate is rotated at a predetermined rotational speed. As a result, as shown in FIG. 26, a lower resist
次に、図27に示すように、溶剤吐出ノズル154から、溶剤165を吐出させて下層レジスト材料膜103に噴き付けることによりエッジリンスが行われる。次に、下層レジスト材料膜103を乾燥させる。このとき、図28に示すように、溶解して半導体基板101に残された下層レジスト材料膜の成分が膨れて盛り上がり、ハンプ103aが発生することがある。次に、図29に示すように、所定の温度のもとで半導体基板101にベーク処理166を施すことにより、下層レジスト材料膜103が架橋し、図30に示すように、下層レジスト膜103bが形成される。
Next, as shown in FIG. 27, edge rinsing is performed by discharging the solvent 165 from the
次に、半導体基板101の表面に中間層レジスト材料を塗布し、下層レジスト膜を形成する工程と同様の工程を経て、中間層レジスト膜104bが形成される。中間層レジスト膜104bには、中間層レジスト材料層を乾燥させる際に、ハンプ104aが発生することがある(図31参照)。次に、半導体基板101の表面に上層レジスト材料を塗布し、上述した実施の形態における上層レジスト膜を形成する工程と同様の工程を経て、上層レジスト膜105bが形成される。こうして、図31に示すように、被加工膜102をパターニングするための、下層レジスト膜103b、中間層レジスト膜104bおよび上層レジスト膜105bが形成される。半導体基板101の外周部に露出する下層レジスト膜103bあるいは中間層レジスト膜104bには、ハンプ103a,104aが認められる。
Next, an intermediate layer resist
次に、下層レジスト膜103b、中間層レジスト膜104bおよび上層レジスト膜105bによって被加工膜102がパターニングされる。まず、図32に示すように、上層レジスト膜105bをマスクとして中間層レジスト膜104bにエッチング処理を施すことにより、上層レジスト膜105bのパターンが中間層レジスト膜104bに転写される。このとき、ハンプ104aが発生している箇所の中間層レジスト膜104bの部分は、レジスト残渣104cとなることが多い。また、下層レジスト膜103bのハンプ103aもエッチングされずに残ることが多い。
Next, the
次に、図33に示すように、中間層レジスト膜104bをマスクとして、下層レジスト膜103bにエッチングを施すことにより、中間層レジスト膜104bを介して上層レジスト膜105bのパターンが下層レジスト膜103bに転写される。このとき、本来であれば、下層レジスト膜103bまで除去されるべき半導体基板101の外周部では、ハンプ103aが発生している箇所の下層レジスト膜103bの部分は、レジスト残渣103cとなることが多い。また、レジスト残渣104cが位置している箇所では、レジスト残渣104cがマスクとなって、その直下に位置する下層レジスト膜103bの部分がレジスト残渣103dとなることがある。
Next, as shown in FIG. 33, by etching the lower resist
このように、比較例に係る半導体装置の製造方法では、被加工膜102をパターニングするためのレジストマスク(下層レジスト膜103b等)が形成された時点で、半導体基板101における外周部では、レジスト残渣103c、103d、104cが存在することが多い。
As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the comparative example, at the time when a resist mask (such as the lower layer resist
次に、図34に示すように、下層レジスト膜103b等をマスクとして、被加工膜102にエッチングを施すことにより、被加工膜102がパターニングされる。このとき、レジスト残渣104c、103dが位置している箇所では、レジスト残渣がマスクとなって、被加工膜102の部分は被加工膜残渣102bとなる。また、レジスト残渣103cが位置していた箇所でも、被加工膜102の部分が被加工膜残渣102aとなる。
Next, as shown in FIG. 34, the processed
その後、図35に示すように、酸素プラズマアッシング処理を施すことにより、下層レジスト膜103b等が除去される。このとき、レジスト残渣103dが完全に除去されないことがある。また、被加工膜残渣102a,102bも除去されずに、半導体基板101の外周部に残されることになる。
Thereafter, as shown in FIG. 35, the lower resist
比較例に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板の外周部に被加工膜残渣102a,102b等が存在する状態で製造工程を進めると、被加工膜残渣102a,102b等が異物となって、半導体装置の歩留まりを低下させてしまうおそれがある。また、膜剥がれの要因となって、半導体装置の信頼性を下げてしまうおそれがある。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to the comparative example, when the manufacturing process proceeds in a state where the processed
また、上層レジスト膜をパターニングした後に、寸法や重ね合わせ精度等の不具合によって再生処理(リワーク処理)を行う必要が生じた場合には、中間層レジスト膜はフッ素系ガスを用いてエッチバックされ、下層レジスト膜は酸素ガスを用いてアッシングされることになる。このため、ハンプが発生している箇所では、中間層レジスト膜あるいは下層レジスト膜の部分を除去しきれない場合が多く、異物の発生要因となる。 In addition, after patterning the upper resist film, if it is necessary to perform a regeneration process (rework process) due to defects such as dimensions and overlay accuracy, the intermediate resist film is etched back using a fluorine-based gas, The lower resist film is ashed using oxygen gas. For this reason, the portion of the intermediate layer resist film or the lower layer resist film cannot often be completely removed at the place where the hump is generated, which becomes a cause of generation of foreign matters.
一方、半導体基板101の外周部に残された被加工膜残渣102a,102b等を除去する手法があり、一般に、ベベルエッチングあるいはベベルCMP(Chemical Mechanical Polishing)が知られている。所定のエッチング処理や再生処理を行った後に、このベベルエッチング等を行うことで、被加工膜残渣102a,102b等が除去される。ところが、これらの処理を行なう場合には、下地の半導体基板101にダメージを与えることになり、半導体装置の歩留まりや信頼性に影響を与えるおそれがあり、また、その再生処理を行なう回数を制限する必要もある。
On the other hand, there is a method of removing the processed
これに対して、上述した半導体装置の製造方法では、下層レジスト膜および中間層レジスト膜として、それぞれ感光性を有するポジ型のレジスト材料を適用し、半導体基板におけるそれぞれ所定の外周領域に位置する下層レジスト(材料)膜の部分と中間層レジスト(材料)膜の部分とが除去される。これにより、従来の三層レジストプロセスのように、半導体基板における外周部においてハンプが生じることはなく、異物の発生による半導体装置の歩留まりの低下を抑制することができる。また、膜剥がれによる半導体装置の信頼性劣化も抑制することができる。 On the other hand, in the method for manufacturing a semiconductor device described above, positive resist materials having photosensitivity are applied as the lower layer resist film and the intermediate layer resist film, respectively, and lower layers positioned in predetermined outer peripheral regions of the semiconductor substrate, respectively. The resist (material) film portion and the intermediate layer resist (material) film portion are removed. As a result, unlike the conventional three-layer resist process, hump does not occur in the outer peripheral portion of the semiconductor substrate, and the decrease in the yield of the semiconductor device due to the generation of foreign matters can be suppressed. In addition, deterioration of the reliability of the semiconductor device due to film peeling can be suppressed.
また、上層レジスト膜をパターニングした後に、寸法や重ね合わせ精度等の不具合によって再生処理を行う必要が生じた場合であっても、下地(膜、半導体基板等)にダメージを与えることなくすべてのレジスト膜を完全に除去することができ、その後、再度レジストパターンを形成することが可能となる。また、再生処理による下地の半導体基板へのダメージがないため、再生処理を行う回数に制限をかける必要もない。 In addition, after patterning the upper resist film, all resists can be used without damaging the underlying layer (film, semiconductor substrate, etc.) even if it is necessary to perform a regeneration process due to defects such as dimensions or overlay accuracy. The film can be completely removed, and then a resist pattern can be formed again. Further, since there is no damage to the underlying semiconductor substrate due to the regeneration process, there is no need to limit the number of times the regeneration process is performed.
(レジスト材料について)
上述した半導体装置の製造方法では、下層レジスト膜となるレジスト材料として、ノボラック系のベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系感光剤を含有させたポジ型のレジスト材料を例に挙げた。また、中間層レジスト膜となるレジスト材料として、シリコン(Si)原子を含有する、シロキサンポリマーを骨格とするポリマーを例に挙げた。ここで、上述した半導体装置の製造方法において、下層レジスト膜あるいは中間層レジスト膜として適用されるレジスト材料について説明する。
(Registration materials)
In the semiconductor device manufacturing method described above, a positive resist material in which a naphthoquinonediazide-based photosensitizer is contained in a novolak-based base polymer is taken as an example of a resist material to be a lower resist film. In addition, as a resist material for forming the intermediate layer resist film, a polymer containing a silicon (Si) atom and having a siloxane polymer as a skeleton is given as an example. Here, a resist material applied as a lower layer resist film or an intermediate layer resist film in the above-described semiconductor device manufacturing method will be described.
まず、三層レジストプロセスにおける従来の一般的な下層レジスト膜あるいは中間層レジスト膜として適用されているレジスト材料は、ベースポリマー、架橋剤、熱酸発生剤、溶媒から構成されている。このレジスト材料では、回転塗布後のベークによって熱酸発生剤の分解が起こり、レジスト材料膜中に酸が発生する。発生した酸により、ベースポリマーと架橋剤との架橋反応が起こる。 First, a resist material applied as a conventional general lower layer resist film or intermediate layer resist film in a three-layer resist process is composed of a base polymer, a crosslinking agent, a thermal acid generator, and a solvent. In this resist material, the thermal acid generator is decomposed by baking after spin coating, and an acid is generated in the resist material film. The generated acid causes a crosslinking reaction between the base polymer and the crosslinking agent.
これに対して、上述した半導体装置の製造方法に用いる下層レジスト膜あるいは中間層レジスト膜として適用されるレジスト材料は、感光性とアルカリ現像液に対する溶解性を備え、露光された部分が溶解除去されるポジ型の現像特性を有する。さらに、このレジスト材料は、高温ベーク処理あるいはキュア処理により硬化される特性を有する。 On the other hand, the resist material applied as the lower layer resist film or the intermediate layer resist film used in the above-described semiconductor device manufacturing method has photosensitivity and solubility in an alkali developer, and the exposed portion is dissolved and removed. Positive development characteristics. Further, this resist material has a property of being cured by high-temperature baking or curing.
(下層レジスト材料について)
下層レジスト膜には、高いエッチング耐性とともに、下地の段差の平坦化と反射防止の効果が求められることから、ベースポリマーとして、一般的にフェノール樹脂のような芳香環を高濃度に含むものが適用される。また、下層レジスト膜では、この上に塗布される中間層レジスト膜となるレジスト材料とインターミキシングを起こさないように、ベースポリマーを架橋させてレジスト材料の溶媒に不溶化させる必要がある。
(About lower layer resist material)
Since the lower resist film is required to have high etching resistance, flattening of the underlying step and antireflection effect, a base polymer generally containing a high concentration of aromatic rings such as phenolic resin is applied. Is done. Further, in the lower resist film, it is necessary to crosslink the base polymer and insolubilize it in the resist material solvent so as not to cause intermixing with the resist material to be the intermediate resist film applied thereon.
上述した半導体装置の製造方法では、ノボラック系のベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系感光剤を含有させたポジ型のレジスト材料を例に挙げた。下層レジスト膜となるレジスト材料としては、この他に、光酸発生剤(PAG(Photo Acid Generator))とポリビニルフェノール系ポリマーから構成される、化学増幅タイプのポジ型フォトレジスト材料を適用することもできる。図36に、そのような化学増幅型のポジ型フォトレジスト材料の構造の一例を示す。このポジ型フォトレジスト材料では、ベースポリマーとして、エチルアセタール化したポリビニルフェノールが適用され、光酸発生剤として、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウムが適用されている。 In the method for manufacturing a semiconductor device described above, a positive resist material in which a naphthoquinone diazide photosensitizer is contained in a novolak base polymer is taken as an example. In addition to this, as a resist material for the lower resist film, a chemically amplified positive photoresist material composed of a photoacid generator (PAG) and a polyvinylphenol polymer may be applied. it can. FIG. 36 shows an example of the structure of such a chemically amplified positive photoresist material. In this positive photoresist material, polyvinyl acetalized ethylphenol is applied as a base polymer, and triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate is applied as a photoacid generator.
また、このような化学増幅型のポジ型フォトレジスト材料を用いた場合において、露光光が照射された部分の反応を図37に示す。図37に示すように、露光光が照射されたポジ型フォトレジスト材料の部分では、光酸発生剤が光分解して酸(プロトン)が発生する。発生した酸は触媒となってベースポリマーのアセタール基を脱離させ、アルカリ現像液に可溶になる。 FIG. 37 shows the reaction of the portion irradiated with the exposure light when such a chemically amplified positive photoresist material is used. As shown in FIG. 37, in the portion of the positive photoresist material irradiated with the exposure light, the photoacid generator is photolyzed to generate an acid (proton). The generated acid acts as a catalyst to remove the acetal group of the base polymer and becomes soluble in an alkali developer.
下層レジスト膜となるレジスト材料のベースポリマーには、上記のノボラック系ポリマーあるいはポリビニルフェノール系ポリマーのようなベンゼン骨格を含むポリマーの他に、ナフタレン骨格、アントラセン骨格、フルオレン骨格、ピレン骨格等を含むポリマーも材料候補として挙げられ、これらのレジスト材料は、下層レジスト膜としてさらに高いエッチング耐性を持たせるのに有利である。 The base polymer of the resist material used as the lower resist film is a polymer containing a naphthalene skeleton, an anthracene skeleton, a fluorene skeleton, a pyrene skeleton, etc. in addition to a polymer containing a benzene skeleton such as the above-mentioned novolak polymer or polyvinylphenol polymer. These resist materials are advantageous for imparting higher etching resistance as a lower resist film.
光酸発生剤としては、スルホニウム塩あるいはヨードニウム塩がもっと効果的であるが、これらの他には、イミドスルホネート類、ジアゾメタン類あるいは有機ハロゲン化物等を用いてもよい。 As the photoacid generator, a sulfonium salt or an iodonium salt is more effective, but in addition to these, an imide sulfonate, a diazomethane, an organic halide, or the like may be used.
なお、下層レジスト膜となるレジスト材料としては、感光性とアルカリ現像液への溶解性を備えるとともに、高温ベーク処理、DUVキュア、電子線キュアあるいはアルゴン等のイオン注入によるキュア処理等によって硬化される特性を有するものであれば、上述したレジスト材料に限られない。また、レジスト材料に架橋剤が含まれていてもよい。 The resist material used as the lower resist film has photosensitivity and solubility in an alkali developer, and is cured by high-temperature baking, DUV curing, electron beam curing, or curing by ion implantation such as argon. If it has a characteristic, it will not be restricted to the resist material mentioned above. The resist material may contain a cross-linking agent.
(中間層レジスト材料について)
中間層レジスト膜には、上層レジスト膜および下層レジスト膜に対してエッチング選択比をもたせるために、高濃度のシリコン(Si)原子を含有するポリマーが用いられる。また、この中間層レジスト膜と、その上に塗布する上層レジスト(材料)膜とがインターミキシングしないように、ポリマーを架橋させて上層レジスト膜となるレジスト材料の溶媒に中間層レジスト膜が溶けないようにする必要がある。レジスト材料としては、さらに、感光性とポジ型の現像特性を有する必要がある。
(Regarding the interlayer resist material)
A polymer containing a high concentration of silicon (Si) atoms is used for the intermediate layer resist film in order to have an etching selectivity with respect to the upper layer resist film and the lower layer resist film. In addition, the intermediate layer resist film does not dissolve in the solvent of the resist material that crosslinks the polymer and becomes the upper layer resist film so that the intermediate layer resist film and the upper layer resist (material) film applied thereon are not intermixed. It is necessary to do so. The resist material further needs to have photosensitivity and positive development characteristics.
上述した半導体装置の製造方法では、シリコン(Si)原子を含有するポリマーとしてシロキサンポリマーを骨格とするポリマーと光酸発生剤を含む感光性のポジ型レジスト材料を例に挙げた。中間層レジストのポリマーとしては、この他に、図38に示すように、アクリルポリマー等の骨格にシリコン(Si)原子を含有した基を含み、かつ、酸分解性あるいはアルカリ可溶性、光学特性、密着性、ガラス転移温度等を調整する側鎖を導入したシリコン側鎖型ポリマーを適用することもできる。 In the semiconductor device manufacturing method described above, a photosensitive positive resist material including a polymer having a siloxane polymer as a skeleton as a polymer containing silicon (Si) atoms and a photoacid generator is taken as an example. In addition to this, as shown in FIG. 38, the polymer of the intermediate layer resist includes a group containing a silicon (Si) atom in the skeleton of an acrylic polymer and the like, and is acid-decomposable or alkali-soluble, optical characteristics, adhesion It is also possible to apply a silicon side chain polymer into which a side chain for adjusting the properties, glass transition temperature, etc. is introduced.
また、光酸発生剤としては、スルホニウム塩およびヨードニウム塩が最も効果的あるが、これらの他に、イミドスルホネート類、ジアゾメタン類あるいは有機ハロゲン化物等を適用してもよい。露光光が照射されることによって、光酸発生剤が光分解して酸が発生する。発生した酸は触媒となってベースポリマーの酸分解基を分解し、アルカリ現像液に可溶になる。 As the photoacid generator, sulfonium salts and iodonium salts are most effective, but in addition to these, imide sulfonates, diazomethanes, organic halides, and the like may be applied. When the exposure light is irradiated, the photoacid generator is photolyzed to generate an acid. The generated acid becomes a catalyst, decomposes the acid-decomposable group of the base polymer, and becomes soluble in an alkali developer.
中間層レジスト膜となるレジスト材料としては、感光性とアルカリ現像液への溶解性を備えるとともに、高温ベーク処理、DUVキュア、電子線キュアあるいはアルゴン等のイオン注入によるキュア処理等によって硬化される特性を有するものであれば、上述したレジスト材料に限られない。また、レジスト材料に架橋剤が含まれていてもよい。 The resist material for the intermediate layer resist film has photosensitivity and solubility in an alkali developer, and is cured by high-temperature baking, DUV curing, electron beam curing, curing by ion implantation such as argon, and the like. If it has, it will not be restricted to the resist material mentioned above. The resist material may contain a cross-linking agent.
(上層レジスト材料について)
上述した半導体装置の製造方法では、上層レジスト膜となるレジスト材料として、ポジ型レジスト材料を例に挙げて、周辺露光処理を施す場合について説明した。上層レジスト膜となるレジスト材料としては、ポジ型レジスト材料に限られず、ネガ型レジスト材料を適用してもよい。この場合には、半導体基板の外周領域に位置する上層レジスト(材料)膜の部分に露光光を照射させないようにし、その外周領域に位置する上層レジスト(材料)膜の部分を現像処理によって除去すればよい。
(About upper layer resist material)
In the semiconductor device manufacturing method described above, the case where the peripheral exposure process is performed is described by taking a positive resist material as an example of the resist material to be the upper resist film. The resist material to be the upper resist film is not limited to a positive resist material, and a negative resist material may be applied. In this case, the upper resist (material) film located in the outer peripheral region of the semiconductor substrate is not irradiated with the exposure light, and the upper resist (material) film located in the outer peripheral region is removed by development processing. That's fine.
実施の形態2
ここでは、多層レジストプロセスを適用したより具体的な半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図39に示すように、半導体基板1の表面に熱酸化処理を施すことにより、絶縁膜19が形成される。その絶縁膜19上に、たとえば、ポリシリコン膜およびその金属シリサイド膜等を含む導電膜20が形成される。
Here, an example of a more specific method for manufacturing a semiconductor device to which a multilayer resist process is applied will be described. First, as shown in FIG. 39, the insulating
次に、ゲート電極をパターニングするための写真製版処理として、三層レジストプロセスが適用される。すなわち、図1〜図21に示す一連の三層レジストプロセスと同様のプロセスが適用されて、図40に示すように、下層レジスト膜21、中間層レジスト膜22および上層レジスト膜23が形成される。半導体基板1におけるチップ形成領域CRでは、ゲート電極をパターニングするための上層レジスト膜23のレジストパターン23aが形成される。一方、半導体基板1における外周部PRでは、ハンプのない中間層レジスト膜22と下層レジスト膜21が露出している。
Next, a three-layer resist process is applied as a photolithography process for patterning the gate electrode. That is, a process similar to the series of three-layer resist processes shown in FIGS. 1 to 21 is applied to form a lower resist
次に、上層レジスト膜23のレジストパターン23aをマスクとして、中間層レジスト膜22にエッチングを施すことにより、レジストパターン23aが中間層レジスト膜22にレジストパターン22aとして転写され、さらに、中間層レジスト膜22のレジストパターン22aをマスクとして下層レジスト膜21にエッチングを施すことにより、レジストパターン23aが下層レジスト膜21にレジストパターン21aとして転写される。
Next, by etching the intermediate layer resist film 22 using the resist
こうして、図41に示すように、ゲート電極をパターニングするための下層レジスト膜、中間層レジスト膜および上層レジスト膜によるレジストパターン23a,22a,21aが形成される。なお、図41では、上層レジスト膜23のレジストパターン23aまで残された状態が示されているが、少なくとも、下層レジスト膜21のレジストパターン21aが残されていればよい。
Thus, as shown in FIG. 41, resist
次に、レジストパターン23a,22a,21aをマスクとして、導電膜20にエッチングを施すことにより、図42に示すように、ゲート電極20aが形成される。次に、そのゲート電極20aをマスクとして、半導体基板1に、たとえばn型の不純物を低いドーズ量をもって注入することにより、n型低濃度不純物領域24aが形成される(図43参照)。次に、ゲート電極20aを覆うように、絶縁膜(図示せず)が形成される。その絶縁膜に異方性エッチングを施すことにより、ゲート電極20aの側壁にサイドウォール絶縁膜25が形成される(図43参照)。
Next, the
次に、ゲート電極20aおよびサイドウォール絶縁膜25をマスクとして、n型の不純物を高いドーズ量をもって注入することにより、n型高濃度不純物領域24bが形成される。こうして、図43に示すように、半導体基板1の表面上にゲート絶縁膜19aを介在させて形成されたゲート電極20a、n型低濃度不純物領域24aおよびn型高濃度不純物領域24bを含むMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが形成される。次に、ゲート電極20a等を覆うように半導体基板1上に、たとえば、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜26が形成される(図44参照)。
Next, n-type high-
次に、その層間絶縁膜26にコンタクトホールを形成するための写真製版処理として、三層レジストプロセスが適用される。すなわち、図1〜図21に示す一連の三層レジストプロセスと同様のプロセスが適用されて、図44に示すように、下層レジスト膜27、中間層レジスト膜28および上層レジスト膜29が形成される。半導体基板1におけるチップ形成領域CRでは、コンタクトホールを形成するための上層レジスト膜29のレジストパターン29aが形成される。一方、半導体基板1における外周部PRでは、ハンプのない中間層レジスト膜28と下層レジスト膜27が露出している。
Next, a three-layer resist process is applied as a photoengraving process for forming contact holes in the
次に、上層レジスト膜29のレジストパターン29aを、中間層レジスト膜28および下層レジスト膜27に転写し、コンタクトホールを形成するためのレジストパターン(図示せず)が形成される。そのレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜26に異方性エッチングを施すことにより、図45に示すように、n型高濃度不純物領域24bの表面を露出するコンタクトホール30が形成される。その後、レジストパターンが除去される。次に、図46に示すように、コンタクトホール内を充填するように、層間絶縁膜26上にバリアメタル等を含む所定の導電膜31が形成される。
Next, the resist
次に、その導電膜31をパターニングするための写真製版処理として、三層レジストプロセスが適用される。すなわち、図1〜図21に示す一連の三層レジストプロセスと同様のプロセスが適用されて、図47に示すように、下層レジスト膜32、中間層レジスト膜33および上層レジスト膜34が形成される。半導体基板1におけるチップ形成領域CRでは、導電膜31をパターニングするための上層レジスト膜34のレジストパターン34aが形成される。一方、半導体基板1における外周部PRでは、ハンプのない中間層レジスト膜33と下層レジスト膜32が露出している。
Next, a three-layer resist process is applied as a photolithography process for patterning the
上層レジスト膜34のレジストパターン34aを、中間層レジスト膜33および下層レジスト膜32に転写し、導電膜をパターニングするためのレジストパターン(図示せず)が形成される。そのレジストパターンをマスクとして、導電膜31に異方性エッチングを施すことにより、図48に示すように、n型高濃度不純物領域24bに電気的に接続される配線31aが形成される。その後、下層レジスト膜32等が除去される。こうして、トランジスタを備えた半導体装置の主要部分が形成される。
The resist
上述した、写真製版処理として三層レジストプロセスを適用した半導体装置の製造方法では、周辺露光処理を施すことにより、半導体基板におけるそれぞれ所定の外周領域に位置する下層レジスト(材料)膜の部分と中間層レジスト(材料)膜の部分とを現像液に可溶とし、その部分を現像液に溶解させてこれを除去することで、ハンプのない下層レジスト膜と中間層レジスト膜とを形成することができる。これにより、導電膜20、層間絶縁膜26、導電膜31等の被加工膜をパターニングした後の半導体基板1の外周部では、レジスト残渣あるいは被加工膜残渣が低減される。その結果、異物の発生による半導体装置の歩留まりの低下を抑制することができるとともに、膜剥がれによる半導体装置の信頼性劣化も抑制することができる。
In the above-described semiconductor device manufacturing method to which the three-layer resist process is applied as the photoengraving process, by performing the peripheral exposure process, the lower resist (material) film portion located in the predetermined outer peripheral region of the semiconductor substrate and the middle A layer resist (material) film part is made soluble in a developer, and the part is dissolved in the developer and removed to form a lower resist film and an intermediate resist film without humps. it can. Thereby, the resist residue or the processed film residue is reduced in the outer peripheral portion of the
なお、上述した三層レジストプロセスは、実施の形態1あるいは実施の形態2において説明した工程に限られず、写真製版処理が行われる工程に広く適用することが可能である。また、写真製版処理としては、三層レジストプロセスに限られず、感光性レジストに転写されたレジストパターンを、被加工膜のエッチングとの関係でエッチング耐性を有し、そして、感光性を有するレジスト膜に転写するプロセスであれば、二層レジストプロセスあるいは四層以上のレジストプロセスにも適用が可能である。 Note that the above-described three-layer resist process is not limited to the steps described in the first embodiment or the second embodiment, and can be widely applied to steps in which photolithography is performed. The photolithography process is not limited to the three-layer resist process, and the resist pattern transferred to the photosensitive resist has an etching resistance in relation to the etching of the film to be processed, and the photosensitive resist film. As long as it is a process for transferring to a two-layer resist process, it can be applied to a two-layer resist process or a four-layer or more resist process.
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and the present invention is not limited to this. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、多層レジストプロセスを適用した半導体装置の製造方法等に有効に利用される。 The present invention is effectively used for a manufacturing method of a semiconductor device to which a multilayer resist process is applied.
1 半導体基板、2 被加工膜、3 下層レジスト材料膜、3b 下層レジスト膜、4 中間層レジスト材料膜、4b 中間層レジスト膜、5 上層レジスト材料膜、5b 上層レジスト膜、19 絶縁膜、19a ゲート絶縁膜、20 導電膜、20a ゲート電極、21 下層レジスト膜、21a レジストパターン、22 中間層レジスト膜、22a レジストパターン、23 上層レジスト膜、23a レジストパターン、24a n型低濃度不純物領域、24b n型高濃度不純物領域、25 サイドウォール絶縁膜、26 層間絶縁膜、27 下層レジスト膜、28 中間層レジスト膜、29 上層レジスト膜、29a レジストパターン、30 コンタクトホール、31 導電膜、31a 導電膜、32 下層レジスト膜、33 中間層レジスト膜、34 上層レジスト膜、34a レジストパターン、41 ベースポリマー、42 架橋剤、43 架橋ポリマー、54 露光光、61 熱、62 現像液。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被加工膜を覆うように、第1レジスト材料を塗布する工程と、
前記被加工膜上に塗布された第1レジスト材料によって第1の膜を形成する工程と、
前記被加工膜を覆う前記第1の膜のうち、前記半導体基板の外縁に沿って延在する第1外周領域に位置する前記第1の膜の部分に第1周辺露光処理を施す工程と、
所定の現像液によって現像処理を施すことにより、前記第1周辺露光処理が施されていない前記第1外周領域の内側に位置する前記第1の膜の部分を残して、前記第1周辺露光処理が施された前記第1外周領域に位置する前記第1の膜の部分を除去する工程と、
前記第1の膜を覆うように、少なくとも第2レジスト材料を塗布することにより、前記第1の膜上に、前記第2レジスト材料による第2の膜を形成する工程と、
前記第2の膜に、所定の写真製版処理を施すことにより、所定のパターンを形成する工程と、
前記第2の膜の前記所定のパターンによって覆われずに露出した前記第1の膜の部分を除去することにより、前記第1の膜に、前記所定のパターンに対応した前記第1の膜のパターンを形成する工程と、
前記第1の膜の前記パターンによって覆われずに露出した前記被加工膜の部分を除去する工程と
を備えた、半導体装置の製造方法。 Forming a film to be processed on the main surface of the semiconductor substrate;
Applying a first resist material so as to cover the film to be processed;
Forming a first film with a first resist material applied on the film to be processed;
Performing a first peripheral exposure process on a portion of the first film located in a first outer peripheral region extending along an outer edge of the semiconductor substrate in the first film covering the processed film;
The first peripheral exposure process is performed by performing a development process with a predetermined developer so as to leave a portion of the first film positioned inside the first outer peripheral area where the first peripheral exposure process is not performed. Removing the portion of the first film located in the first outer peripheral region to which is applied;
Forming a second film of the second resist material on the first film by applying at least a second resist material so as to cover the first film;
Forming a predetermined pattern by subjecting the second film to a predetermined photolithography process;
By removing a portion of the first film that is exposed without being covered by the predetermined pattern of the second film, the first film has a first film corresponding to the predetermined pattern. Forming a pattern;
And a step of removing a portion of the film to be processed that is exposed without being covered by the pattern of the first film.
前記第2の膜のうち、前記半導体基板の外縁に沿って延在する第2外周領域に位置する前記第2の膜の部分に第2周辺露光処理を施す工程と、
前記現像処理を施すことにより、前記第2外周領域に位置する前記第2の膜の部分を除去する工程と
を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Forming the predetermined pattern on the second film,
Performing a second peripheral exposure process on a portion of the second film located in a second outer peripheral region extending along an outer edge of the semiconductor substrate in the second film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: removing the portion of the second film located in the second outer peripheral region by performing the development process.
前記第2の膜のうち、前記半導体基板の外縁に沿って延在する第2外周領域に位置する前記第2の膜の部分を除いて、前記第2外周領域の内側に位置する前記第2の膜の部分に露光光を照射する工程と、
前記現像処理を施すことにより、前記露光光が照射されていない前記第2外周領域に位置する前記第2の膜の部分を除去する工程と
を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Forming the predetermined pattern on the second film,
The second film located inside the second outer peripheral area except for the second film part located in the second outer peripheral area extending along the outer edge of the semiconductor substrate in the second film. Irradiating the part of the film with exposure light;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: removing the portion of the second film located in the second outer peripheral region that is not irradiated with the exposure light by performing the development process.
前記第1の膜を覆うように、第3レジスト材料を塗布する工程と、
前記第1の膜を覆う前記第3レジスト材料のうち、前記半導体基板の外縁に沿って延在する第3外周領域に位置する前記第3レジスト材料の部分に第3周辺露光処理を施す工程と、
所定の現像液によって現像処理を施すことにより、前記第3周辺露光処理が施されていない前記第3外周領域の内側に位置する前記第3レジスト材料の部分を残して、前記第3周辺露光処理が施された前記第3外周領域に位置する前記第3レジスト材料の部分を除去する工程と
を含み、
前記第2の膜に前記所定のパターンを形成する工程は、
前記第2レジスト材料によって形成されるレジスト膜に、前記所定のパターンを形成する工程と、
前記レジスト膜に形成された前記所定のパターンによって覆われずに露出した、前記第3レジスト材料によって形成される他のレジスト膜の部分を除去することにより、前記所定のパターンに対応した前記他のレジスト膜のパターンを形成する工程と
を含み、
前記第1の膜の前記パターンを形成する工程は、少なくとも前記他のレジスト膜の前記パターンによって覆われずに露出した前記第1の膜の部分を除去する工程を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the second film, before applying the second resist material,
Applying a third resist material so as to cover the first film;
Performing a third peripheral exposure process on a portion of the third resist material located in a third outer peripheral region extending along an outer edge of the semiconductor substrate, of the third resist material covering the first film; ,
The third peripheral exposure process is performed by performing a development process with a predetermined developer so as to leave a portion of the third resist material located inside the third outer peripheral area where the third peripheral exposure process is not performed. Removing the portion of the third resist material located in the third outer peripheral region to which is applied,
Forming the predetermined pattern on the second film,
Forming the predetermined pattern on a resist film formed of the second resist material;
The other resist film corresponding to the predetermined pattern is removed by removing a portion of the other resist film formed by the third resist material that is exposed without being covered by the predetermined pattern formed on the resist film. Forming a resist film pattern,
The step of forming the pattern of the first film includes a step of removing at least a portion of the first film exposed without being covered by the pattern of the other resist film. The manufacturing method of the semiconductor device in any one.
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| JP2011154443A JP2013021201A (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016012690A (en) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | セイコーインスツル株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
| JP2016157779A (en) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
| CN108121160A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Lithographic patterning method |
-
2011
- 2011-07-13 JP JP2011154443A patent/JP2013021201A/en not_active Withdrawn
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| CN108121160A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Lithographic patterning method |
| CN108121160B (en) * | 2016-11-29 | 2023-02-28 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Lithographic patterning method |
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